семантика в загрузке файла только чтобы скачать чужой. Созданные к настоящему времени информационные технологии на основе хранилищ данных позволяют обеспечить долговременное и надежное хранение информации, обеспечивая преемственность при изменении форм носителей информации
 Скачать 83.4 Kb.
|
1 2 Введение В мире накоплено значительное количество радиоактивных отходов (РАО), которые образовались в результате эксплуатации атомных электростанций, переработки отработанного ядерного топлива, использования источников радиоактивного излучения в науке, технике, медицине. РАО представляют большую опасность для человека и других объектов биосферы из-за их радиационного и токсического воздействия. В исходном виде РАО непригодны для хранения из-за малой механической прочности и значительной химической активности. Поэтому они подлежат кондиционированию, которое включает уменьшение объема и перевод в твердую стабильную монолитную форму с последующим долговременным хранением кондиционированных РАО в течение времени, необходимого для снижения их активности до допустимых уровней (1, 2). Технологии переработки и кондиционирования РВ и РАО на перерабатывающем комплексе МосНПО «РАДОН», в том числе и на других предприятиях системы «РАДОН», предназначены для того, чтобы обеспечить долговременное технологическое хранение кондиционированных отходов (сотни и тысячи лет). Исключительное значение имеет при этом сохранение полной информации о технологии получения каждого объекта хранения на такую же долговременную перспективу для подготовки технологических и организационных решений при нарушении кондиции отходов (или угрозе нарушения) в отдаленном будущем [4]. Созданные к настоящему времени информационные технологии на основе хранилищ данных позволяют обеспечить долговременное и надежное хранение информации, обеспечивая преемственность при изменении форм носителей информации. Однако до настоящего времени практически не были проработаны методические вопросы ввода информации о химико-технологических параметрах используемых процессов кондиционирования. Это не позволяло приступить к созданию информационно-поисковой системы по объектам долговременного хранения радиоактивных отходов. Целью работы является повышение эффективности поиска объектов долговременного хранения и химико-технологических параметров процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов низкой и средней активности для подготовки управленческих решений по обращению с радиоактивными отходами. Для достижения указанной цели в диссертации ставятся и решаются следующие основные задачи: проведен системный анализ технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов с целью выявления характеристик технологий, используемых в качестве рубрикаторов хранилища данных; проведена классификация технологий переработки и кондиционирования радиоактивных отходов и формализованы рубрикаторы хранилища данных; выполнено моделирование хранилища данных; разработана структура хранилища данных; разработаны методики заполнения и поиска в хранилище данных по основным технологиям для технического персонала предприятия. Системный анализ технологических процессов переработки и кондиционирования радиоактивных отходов Основные принципы системного анализа Основными принципами системного анализа при решении любой системной задачи являются (1, 5): четкая формулировка цели исследования; постановка задачи по реализации этой цели и определение критерия эффективности решения задачи (2); разработка развернутого плана исследования с указанием основных этапов и направлений в решении задачи; пропорционально-последовательное продвижение по всему комплексу взаимосвязанных этапов и возможных направлений; организация последовательных приближений и повторных циклов исследований на отдельных этапах (3); принцип нисходящей иерархии анализа и восходящей иерархии синтеза в решении составных частных задач и т. п. Центральным понятием системного анализа является понятие системы, т. е. объекта, взаимодействующего с внешней средой и обладающего сложным внутренним строением, большим числом составных частей. Определяющей предпосылкой выделения из внешней среды некоторой совокупности объектов как системы является возникновение у нее свойств, которых не имеют составляющие ее элементы. Важнейшими характеристиками системы являются ее структура и функции (1). Под структурой системы понимают устойчивую во времени совокупность взаимосвязей между ее компонентами. Структура системы может отражать различные взаимосвязи, в том числе и вложенность компонентов одной системы в другую (в этом случае принято называть более крупную систему метасистемой, а вложенную – подсистемой). Декомпозиция системы на подсистемы позволяет раскрыть иерархию структуры и рассматривать систему на разных уровнях ее детализации. Нижним уровнем детализации являются элементы системы, т.е. компоненты системы, обладающие рядом важных свойств, реализующие определенные функции системы, но не имеющие внутренней структуры (либо структура которых в рамках исследования не рассматривается). Сложность системы определяется сложностью ее структуры, количеством элементов и связей, числом уровней иерархии, объемом информации, циркулирующей в системе (2). Процесс функционирования системы отражает изменение ее свойств с течением времени. Процесс функционирования системы всегда направлен на достижение определенной цели. Цель — это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния. Цель может задаваться требованиями к показателям результативности, ресурсоемкости, оперативности функционирования системы либо к траектории достижения заданного результата. Важной характеристикой системы является ее состояние. Под состоянием понимают совокупность свойств или признаков, которые в каждый момент времени отражают наиболее существенные особенности поведения системы. Таким образом, процесс функционирования системы может быть представлен как последовательное изменение ее состояний (3). Методология системного анализа служит концептуальной основой системно-ориентированной декомпозиции предметной области. Исходными компонентами концептуализации являются объекты предметной области и взаимосвязи между ними. Результатом является построение формального описания предметной области. Основными методами системного анализа, применяемыми в настоящее время при разработке информационных систем, являются (4): Декомпозиция – разделение проблемы на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения; Иерархическое упорядочение – организация подзадач в иерархические структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне иерархии; Абстрагирование – выделение существенных аспектов задачи и отвлечение от несущественных; Формализация – использование строгого математического подхода и стандартизованных формализованных обозначений для решения проблемы; Непротиворечивость – обоснованность и согласованность задач. В данной работе методы системного анализа применяются как для анализа предметной области, так и при проектировании хранилища данных, являющегося информационной основой поддержки принятия решений (5). Для определения структуры подсистемы информационной поддержки процессов переработки и кондиционирования РАО необходимо провести декомпозицию рассматриваемой системы по функциональному признаку. С этой точки зрения в системе можно выделить следующие блоки: переработка поступивших радиоактивных отходов, кондиционирование этих отходов и долговременное хранение полученных объектов (6). Системный анализ предметной области Ведущим предприятием страны, специализирующемся в области переработки и хранения радиоактивных отходов средней и малой активности является ГУП МосНПО «Радон». Территориально в сферу действия комбината входят Москва и 11 областей Центральной части России. Из этих регионов производится плановый вывоз РАО специализированным транспортом предприятия. Ведется учет организаций, откуда вывозились отходы, объем отходов, их активность, физико-химический и радионуклидный состав. Кроме того, в течение многих лет организация проводит радиоэкологический мониторинг г. Москвы и отдельных регионов Московской области (7). В МосНПО «Радон» поступают жидкие и твердые радиоактивные отходы, образующиеся в клиниках, научно-исследовательских институтах и предприятиях центрального региона России, которые не связаны с ядерно-топливным циклом. Морфология отходов по своему составу близка к морфологии отходов АЭС и радиохимических предприятий. Удельная активность отходов, поступающих на переработку, составляет от 1 Е+5 до 1 Е+11 Бк/кг. Процесс переработки РАО можно разделить на три основных этапа: выявление и получение объектов, подлежащих переработке, кондиционирование и подготовка объектов к долгосрочному хранению, долгосрочное хранение кондиционированных объектов (рис. 1).
Рис. 1. Этапы процесса переработки РАО. Выявление объектов происходит посредством отбора проб грунта, воздушной и водной сред, а также измерения уровня радиационного фона. Для выявления объектов на предприятиях и в организациях периодически проводится плановое инспектирование. Полученные объекты непригодны для длительного хранения, поэтому их кондиционируют с применением специальных технологий, а затем транспортируют к местам долговременного технологического хранения. На протяжении всего времени хранения производится радиоэкологический мониторинг, по данным которого принимаются решения о дальнейшем обращении с хранимыми объектами. С течением времени появляются новые современные материалы, разрабатываются различные добавки для модификации существующих материалов. Кроме того, появляется информация об устойчивости ранее используемых материалов в течение длительного периода времени. Во избежание аварийных ситуаций возникает необходимость оперативно найти и переработать РАО, кондиционированные с применением неудачных материалов, по более современной технологии [6]. Другой аспект проблемы связан с действиями при возникновении аварийной ситуации на объектах хранения РАО. Выявление причин аварии и ликвидация ее последствий требует знания таких данных о хранимых объектах, как тип РАО, параметров процессов их переработки и кондиционирования. Для принятия обоснованных управленческих решений необходимо иметь достоверную и полную информацию о хранимых объектах. Система, содержащая такую информацию должна быть рассчитана на долгосрочный период [4] . Для эффективного функционирования представленной схемы необходима информационная поддержка на всех стадиях (рис. 2). Поддержка отдельных этапов, таких как радиоэкологический мониторинг, осуществляется уже давно и является более развитой, однако, другие этапы остаются недостаточно разработанными и требуют развития (рис. 2, выделение пунктиром).  Рис. 2. Структура системы информационной поддержки процессов кондиционирования РАО.На сегодняшний день учет хранимых объектов ведется в журналах. Содержащиеся в них записи не содержат информации о технологиях кондиционирования РАО и применяемых материалах. Поиск объектов по таким журналам сильно затруднен ввиду большого количества записей, к тому же, через длительный период велика вероятность потери данных. Обратный поиск объектов по характеристикам процессов кондиционирования невозможен [4] На основе системного анализа была синтезирована схема процессов обработки информации об объектах долгосрочного хранения (рис. 3), которая позволит решить описанную проблему. Одним из главных условий успешного управления в системе является наличие обратной связи в контуре управления (показан жирным на рис. 3). Принятие решений по обращению с объектами долговременного хранения производится в результате анализа возмущений по данным радиоэкологического мониторинга объектов хранения. Если вследствие каких-либо причин принимается решение по рекондиционированию конкретного объекта хранения, целесообразно определить набор аналогичных объектов, которые были переработаны в тех же условиях по таким же технологиям, по которым может быть принято аналогичное решение [3] Р  ис. 3. Структурная схема системного анализа предметной областиВозникает ряд связанных задач: узнать, как был кондиционирован данный объект (по какой технологии); найти параметры технологических процессов, использованных для кондиционирования объекта; найти остальные объекты, кондиционированные в тех же условиях; определить места длительного хранения аналогичных объектов и т.д . Информационная поддержка принятия управленческих решений должна включать в себя сбор, накопление, хранение и обработку информации, относящейся как к самим объектам хранения, так и параметрам технологических процессов. В качестве основы информационной системы целесообразно использовать хранилище данных. Согласно одному из классических определений, хранилище данных представляет собой «предметно-ориентированный, интегрированный, неизменяемый и поддерживающий хронологию набор данных, предназначенный для обеспечения принятия управляющих решений». Использование стандартных программных средств для создания хранилища данных позволит решить такие вопросы, как обеспечение простоты ввода и эффективности поиска данных в системе, надежности и безопасности хранения информации [6] Для разработки хранилища данных как информационной основы принятия управленческих решений необходимо провести анализ и классификацию химических технологий переработки и кондиционирования РАО и выявить их основные характеристики. Классификация радиоактивных отходов и химических технологий кондиционирования РАО На основе правил учета и организационной структуры системы государственного учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов во ВНИИ Химической Технологии Росатома С.А. Якушевым была разработана система кодирования информации о радиоактивных отходах и пунктах их хранения, и в частности на основе соответствующих классификаторов. РАО и ОЯТ классифицированы по физическому состоянию, категории активности, нуклидному составу, пожароопасности и технологическому происхождению [8]. Однако в целях настоящей работы больший интерес представляет классификация РАО по применимости к ним технологий подготовки и кондиционирования. Основные технологии кондиционирования по применимости к определенным типам РАО объединены в таблице 1. Таблица 1. Основные технологии подготовки и кондиционирования РАО.
Как видно из таблицы, одни технологии предназначены для кондиционирования какого-либо одного типа радиоактивных отходов, например, иммобилизация источников ионизирующего излучения (ИИИ), другие применимы к нескольким типам РАО. При наличии альтернатив выбор технологии кондиционирования осуществляется исходя из экономической и технологической целесообразности. К сожалению, используя существующие химические технологии кондиционирования, мы не можем повлиять на снижение активности РАО или ускорить распад радионуклидов. Однако, мы можем провести локализацию РАО для уменьшения их влияния РАО на окружающую среду до допустимых уровней. В результате проведенного анализа технологий подготовки и кондиционирования РАО выявлены три основных задачи, на решение которых они направлены: обеспечение механической прочности РАО; перевод отходов в химически неактивную (инертную) форму; сокращение объемов, занимаемых РАО. Решение первых двух задач является обязательным при кондиционировании отходов. Сокращение объемов РАО осуществляется при условии технологической возможности и экономической целесообразности осуществления таких процессов, поскольку объем, занимаемый РАО, непосредственно влияет на стоимость долговременного хранения радиоактивных объектов. Среди применяемых технологий подготовки и кондиционирования одни обеспечивают решение всех обязательных задач, другие – только их часть. В последнем случае применяют последовательность из нескольких технологий, что позволяет обеспечить необходимые характеристики конечных объектов, направляемых на долговременное хранение. Разработка рубрикаторов хранилища данных Анализ химических технологий подготовки и кондиционирования РАО Технологии иммобилизации РАО Технологии иммобилизации применяются с целью обеспечения механической прочности и химической инертности конечным продуктам. В результате получаются монолитные химически инертные объекты, пригодные для долговременного хранения. Основными технологиями иммобилизации являются цементирование и остекловывание [3]. Для твердых и жидких РАО, содержащих бета- гамма- излучатели и примеси альфа излучающих радионуклидов и состоящих из химически разнородных компонентов перспективными являются высокотемпературные матрицы, обладающие высокой химической и радиационной устойчивостью и механической прочностью. Цементированию подвергается широкий спектр жидких и твердых РАО низкого и среднего уровня активности, что диктует постоянное совершенствование методов цементирования. Цементирование используют для кондиционирования золы с установок сжигания и некоторых других твердых отходов с помощью высокопроникающих цементных растворов. В придонную часть контейнера с отходами подают цементный раствор, который заполняет пустоты между частицами отходов. При приготовлении цементных растворов используют специальные полифункциональные добавки, улучшающие характеристики монолита [5]. В процессе приготовления растворов могут использоваться жидкие радиоактивные отходы с солесодержанием до 300 г/л. Одним из вариантов решения проблемы иммобилизации РАО является включение их в стекло, структура которого способна аккумулировать ионы различного радиуса и заряда, включая и радионуклиды. В настоящее время единственными матрицами для РАО, нашедшими практическое применение, являются боросиликатные (Россия, Франция, США, Великобритания, Германия, Япония, Респ. Корея) и алюмофосфатные (Россия) стекла. Поскольку боросиликатные стекла имеют ряд преимуществ перед алюмофосфатными (большая композиционная гибкость, более плавное изменение вязкости и электросопротивления с температурой, меньшее коррозионное воздействие на огнеупоры, меньшая склонность к девитрификации и др.), для остекловывания САО в ГУП МосНПО «Радон» также используют стекла этого типа. Жидкие САО поступают в ГУП МосНПО «Радон» с Московской станции очистки после первичной обработки методами коагуляции и ионного обмена и концентрирования и представляют собой шламы с концентрацией солей 200-600 кг/м3 . Для остекловывания таких отходов применяют композиции на основе кварцевого песка, борсодержащего минерала датолита и местного суглинка или бентонитовой глины, вводимого для повышения химической устойчивости [6, 7, 8]. К матрицам для САО, ввиду меньших дозовых нагрузок и тепловыделения, предъявляются более мягкие требования, чем к матрицам для ВАО, так как для них не требуются высокая радиационная стойкость, теплопроводность, и отсутствует необходимость максимально гомогенного распределения делящихся материалов для предотвращения создания условий критичности и максимального затруднения повторного извлечения делящихся изотопов урана и плутония и использования их в террористической деятельности. Таким образом, необходимыми и достаточными требованиями к стеклам для САО остаются: высокая химическая устойчивость (в основном, в отношении радионуклидов цезия и стронция), максимальное уменьшение объема, механическая прочность, простота и надежность технологии их получения. Кроме того, стекла в жидкотекучем состоянии должны иметь определенные значения вязкости и удельного электрического сопротивления, позволяющие осуществлять их электроварку по принятой в ГУП МосНПО «Радон» технологии индукционного плавления в холодном тигле (ИПХТ). Всем указанным требованиям удовлетворяют и безборные стекла, но они являются более «короткими», (сохраняют технологические параметры в узком интервале температур) и имеют меньшую композиционную гибкость в отношении компонентов РАО, как по содержанию оксидов РАО в целом, так и по предельному содержанию таких малорастворимых в силикатных стеклах компонентов, как сульфаты и хлориды [7] Таким образом, в результате анализа технологий иммобилизации РАО были определены ключевые характеристики рассмотренных технологий (табл. 2). Таблица 2. Характеристики технологий иммобилизации
Для переработки илов, загрязненных радионуклидами, разработан следующий способ. Ил дозируют на конвейерную ленту электрической печи. В ней происходит сжигание органической составляющей и испарение свободной воды. Отходящие газы направляют в блок газоочистки. Спек радиоактивного ила измельчают и выгружают в 200-литровый контейнер. В нем дробленный спек пропитывают высокопроникающим цементным раствором и после выдержки направляют на длительное хранение [7]. Таким образом, в результате анализа технологий кондиционирования ЖРО были определены ключевые характеристики рассмотренных технологий (табл. 3). Таблица 3. Характеристики технологии кондиционирования ЖРО
1 2 |